大气表面层高雷诺数湍流实验研究
发布时间：2021-12-15 18:16
我们在甘肃青土湖地区干涸平坦的湖床上建立了高雷诺数流动观测列阵,对大气表面层三维风速、温度、沙尘浓度等进行了空间多点梯度同步测量,获得了大量高雷诺数大气表面层流动数据。通过对观测数据的严格筛选及预处理,得到了ReιO（106）的与规范湍流边界层可比的中性平稳流动数据,并利用这些数据对边界层流动的统计特征、谱以及湍流结构进行了分析。本文的主要结果和创新点有：发现对数标度的平均速度廓线的卡门常数随着雷诺数的增加而增大,在雷诺数达到Reι～O（106）的大气表面层中卡门常数约为0.43,高于实验室低雷诺数边界层结果。在证实大气表面层中存在大尺度与超大尺度湍流结构的基础上,发现超大尺度结构尺度随高度增加而增大,表面层中上部超大尺度结构仍显著存在,其流向尺度超过10倍表面层厚度；而且超大尺度结构的能量贡献随雷诺数增大,在表面层中上部超过70%。流向预乘谱分析发现中低波数区域谱线随高度的变化存在“翻转”现象,这一现象揭示了大气表面层中上部的VLSMs起源与实验室流动中"Bottom-up"的壁面小涡自组织机制不同,其来源于表面层外大涡"top-down"的破碎过程。进一步的,通过对流向功率谱特征及...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 统计特征与尺度律
1.2.2 湍流谱
1.2.3 大尺度与超大尺度结构
1.3 本论文研究主要内容
第二章 实验测量及数据预处理
2.1 实验测量
2.1.1 观测地点介绍
2.1.2 实验仪器介绍
2.2 测量可靠性分析
2.2.1 多观测塔架对区域流动的影响
2.2.2 “lattice-Type”观测塔架附近的流动失真模拟
2.3 实验测量的原始数据
2.4 数据筛选及预处理过程
2.4.1 层结稳定性
2.4.2 风向调整
2.4.3 流动平稳性判断
2.4.4 去除天气尺度的脉动
2.5 小结
第三章 高雷诺数大气表面层湍流统计特征
3.1 平均流向速度廓线
3.1.1 卡门常数κ
3.1.2 偏移量△U~+与等效粗糙长度
3.2 湍动能
3.2.1 流向湍动能
3.2.2 垂向湍动能
3.2.3 展向湍动能
3.2.4 湍动能与雷诺数的关系
3.3 雷诺剪切应力
3.4 小结
第四章 大尺度与超大尺度结构
4.1 大尺度与超大尺度结构的识别
4.1.1 流向速度云图
4.1.2 空间相关性
4.1.3 谱检验
4.2 超大尺度结构的空间尺度
4.2.1 流向尺度
4.2.2 展向尺度
4.3 能量贡献
4.4 超大尺度结构起源与演化过程
4.5 湍流结构与小尺度运动的关系
4.6 小结
第五章 流向功率谱表征及速度预测
5.1 湍流功率谱
5.1.1 流向风速功率谱
5.1.2 展向风速功率谱
5.1.3 垂向风速功率谱
5.2 流向速度谱表征
5.3 风速预测模型
5.3.1 模型相关参数的获得
5.3.2 任意高度风速序列的预测
5.4 小结
第六章 结束语
6.1 本文的主要结论
6.2 展望
附录
参考文献
研究生期间主要研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation on very large scale motions（VLSMs） and their influence in a dust storm[J]. ZHENG XiaoJing,ZHANG JingHong,WANG GuoHua,LIU HongYou,ZHU Wei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(02)
[2]观测支架引起的大气边界层风场的失真规律[J]. 王国华,贾淑明,郑晓静. 兰州大学学报(自然科学版). 2012(05)
博士论文
[1]近地表的流场结构及其对沙尘输运的影响[D]. 张静红.兰州大学 2013
本文编号：3536913
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 统计特征与尺度律
1.2.2 湍流谱
1.2.3 大尺度与超大尺度结构
1.3 本论文研究主要内容
第二章 实验测量及数据预处理
2.1 实验测量
2.1.1 观测地点介绍
2.1.2 实验仪器介绍
2.2 测量可靠性分析
2.2.1 多观测塔架对区域流动的影响
2.2.2 “lattice-Type”观测塔架附近的流动失真模拟
2.3 实验测量的原始数据
2.4 数据筛选及预处理过程
2.4.1 层结稳定性
2.4.2 风向调整
2.4.3 流动平稳性判断
2.4.4 去除天气尺度的脉动
2.5 小结
第三章 高雷诺数大气表面层湍流统计特征
3.1 平均流向速度廓线
3.1.1 卡门常数κ
3.1.2 偏移量△U~+与等效粗糙长度
3.2 湍动能
3.2.1 流向湍动能
3.2.2 垂向湍动能
3.2.3 展向湍动能
3.2.4 湍动能与雷诺数的关系
3.3 雷诺剪切应力
3.4 小结
第四章 大尺度与超大尺度结构
4.1 大尺度与超大尺度结构的识别
4.1.1 流向速度云图
4.1.2 空间相关性
4.1.3 谱检验
4.2 超大尺度结构的空间尺度
4.2.1 流向尺度
4.2.2 展向尺度
4.3 能量贡献
4.4 超大尺度结构起源与演化过程
4.5 湍流结构与小尺度运动的关系
4.6 小结
第五章 流向功率谱表征及速度预测
5.1 湍流功率谱
5.1.1 流向风速功率谱
5.1.2 展向风速功率谱
5.1.3 垂向风速功率谱
5.2 流向速度谱表征
5.3 风速预测模型
5.3.1 模型相关参数的获得
5.3.2 任意高度风速序列的预测
5.4 小结
第六章 结束语
6.1 本文的主要结论
6.2 展望
附录
参考文献
研究生期间主要研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation on very large scale motions（VLSMs） and their influence in a dust storm[J]. ZHENG XiaoJing,ZHANG JingHong,WANG GuoHua,LIU HongYou,ZHU Wei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(02)
[2]观测支架引起的大气边界层风场的失真规律[J]. 王国华,贾淑明,郑晓静. 兰州大学学报(自然科学版). 2012(05)
博士论文
[1]近地表的流场结构及其对沙尘输运的影响[D]. 张静红.兰州大学 2013
本文编号：3536913
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3536913.html
